| بيان مسئله تحقيق/اهمیت پژوهش | امروزه وجود ترکیبات مقاوم سمی در محیط زیست مشکلات بهداشتی و زیست محیطی فراوانی را موجب شده اند. از جمله این ترکیبات می توان به فنل اشاره کرد که به دلیل اثرات سمی و خاصیت سرطان زایی خود، توجه بسیاری از متخصصین محیط زیست را به خود جلب کرده است. آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا آن را در دسته آلاینده های درجه اول قرار داده است(1و2). فنل (C6H6o) با وزن مولکولی 11/94 گرم بر مول، یک هیدروکربن حلقوی آروماتیک و از مشتقات بنزن بوده که در حالت خالص بی رنگ یا جامد سفید می باشد. حلالیت بسیار بالایی در آب دارد و در طبیعت بسیار سمی است. این ماده بی رنگ، رطوبت پذیر و کریستالی است که در اثر اکسیداسیون در هوا به رنگ صورتی در می آید. پس از حل شدن در آب خاصیت بسیار کم اسیدی به آب می دهد. حلالیت آن در آب g/l98-93 بسته به درجه حرارت آب (20 تا 25 درجه سانتی گراد) و نقطه جوش آن 181 درجه سانتی گراد می باشد. فنل خصوصیات اسیدی ضعیفی دارند(3و4و5). ترکیبات فنلی هیدروکربن هایی هستند که در ساختمان مولکولی آنها گروه هیدروکسیل با اتم کربن حلقه بنزنی پیوند تشکیل داده است(6). فنل بصورت طبیعی از قطران زغال سنگ و تقطیر بنزین و بصورت مصنوعی در اثر حرارت سولفات بنزن سدیمی با سود آبدار در فشار بالا تولید می شود(7). فنل بصورت طبیعی در نتیجه تجزیه آلگ و گیاهان وارد محیط می شود اما حضور این ماده در آب های سطحی عمدتاً در نتیجه آلودگی ناشی از فاضلاب های صنعتی می باشد(8). این ماده و مشتقات آن در صنایع متعددی از جمله صنایع تولید رزین و پلاستیک ، رنگ ، سموم دفع آفات، داروسازی، پالایشگاههای نفت،صنایع پتروشیمی، معادن زغال سنگ، صنایع فولاد و آلومینیوم و سرب، شوینده ها، منسوجات مصنوعی وچرم سازی کاربرد دارد و لذا به عنوان یک آلاینده مهم در فاضلاب صنایع مذکور مطرح است. در مواد ضدعفونی کننده و پاک کننده، دود سیگار و دود اگزوز وسایل نقلیه نیز مقادیری از فنل یافت می شود(9و10و11). فنل به مدت طولانی در محیط باقی نمی ماند ولی اگر به طور مداوم در محیط رها شود، می تواند به عنوان یک تهدید زیست محیطی مطرح باشد. بنابراین تشخیص، شناسایی و تعیین میزان ترکیبات فنلی در محیط زیست و به ویژه منابع آب و پایش های محیط زیستی متعاقب آن اهمیت زیادی در کنترل انتشار این مواد و کاهش اثرات این آلاینده ها بر محیط زیست دارد(12و13). استاندارد سازمان حفاظت محیط زیست ایران برای تخلیه مواد فنل دار به آبهای سطحی، مصارف کشاورزی و آبیاری برابر 1 میلی گرم در لیتر است. سازمان جهانی بهداشت غلظت 001/0 میلی گرم در لیتر در آب آشامیدنی را به عنوان حداکثر غلظت مجاز در نظر گرفته است. همچنین طبق استاندارد سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا میزان مجاز فنل در منابع آب جوامع انسانی و آب مورد استفاده برای پرورش ماهی 3/0 و 6/2 میلی گرم در لیتر است(14و15).
لذا به منظور کاهش اثرات مضر زیستی آن، باید بر انجام تصفیه مناسب و یا جلوگیری از تخلیه فاضلابهای محتوی ترکیبات فنل با اعمال استانداردهای لازم تمرکز نمود. تاکنون روش های متفاوتی برای تصفیه پسابهای حاوی فنل به کار برده شده که از جمله می توان به اکسیداسیون شیمیایی و فتوشیمیایی پیشرفته و ترکیبی ، ترسیب، تبادل یون ، تقطیر با بخار، روش های الکتروشیمیایی، پرتودهی ، تخریب فوتوکاتالیستی ، روشهای حذف آنزیمی و جذب سطحی اشاره نمود(16و17و18). غالب این روش ها دارای معایبی نظیر هزینه بالای تصفیه، نیاز به تصفیه اضافی ، تشکیل فراورده های جانبی خطرناک، راندمان پایین و قابلیت کاربرد برای غلظت های محدودی از آلاینده می باشد(18و19). در بین تکنیک های تصفیه ، فرایند جذب سطحی یکی از تکنیک های کارآمد و موثر در جداسازی آلاینده های سمی از محیط های آبی است(19و20) . مطالعات نشان داده است که کربن فعال در حذب بسیاری از آلاینده های آلی مقاوم از سیستم های آبی موثر است. جذب توسط کربن فعال به عنوان یکی از بهترین تکنولوژی های قابل دسترس در حذف ترکیبات آلی توسط سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا توصیه شده است اما بدلیل قیمت بالا و مشکلات احیاء مجدد آن، کاربردش در کشورهای در حال توسعه و کم درآمد محدود است. لذا این مشکل باعث شده که بسیاری از محققین بدنبال جاذب های ارزان قیمت و قابل دسترس محلی برای جایگزینی کربن فعال برای حذف ترکیبات مختلف آلی از قبیل فنل باشند(21و22و23). گیاه آکاسیاتورتیلیس نیز از جمله جاذب های ارزان قیمت و در دسترس می باشد. این گیاه یکی از رایج ترین گونه های درختی در مناطق خشک و نیمه خشک است که در آفریقای شمالی، شبه جزیره عربستان و قسمت های جنوبی ایران از جمله سیستان و بلوچستان و هرمزگان رشد می کند. این گیاه مقاوم به خشکی است و دارای پایداری بسیار زیادی در برابر سیلاب میباشد. این گیاه بعنوان یک منبع غذایی برای حیوانات می باشد و از آن برای تامین هیزم استفاده میشود و پناهگاه مناسبی برای صحرانشینان می باشد. تحقیقات انجام شده بر روی سر شاخه و میوه این درخت در مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی هرمزگان نشان میدهد که سر شاخههای جوان آن حاوی ۶/۱۶ درصد پروتئین خام، ۴/۲ درصد چربی خام، ۳/۱۸ درصد الیاف خام، ۸/۶ درصد خاکستر، ۷۲/۰ درصد کلسیم و ۲۱/۰ درصد فسفر است(24، 25).
از این رو به منظور جلوگیری از مخاطرات بهداشتی و زیست محیطی ، تصفیه فاضلاب های حاوی فنل قبل از تخلیه به محیط زیست ، مطالعه حاضر با هدف کارایی پوسته غلاف میوه گیاه آکاسیاتورتیلیس به عنوان جاذب طبیعی درحذف فنل از محیط های آبی مورد می باشد. همچنین تاثیر عوامل مختلف محیطی مثل pH، غلظت آلاینده، غلظت جاذب بر روی ظرفیت جذب بررسی شده و نهایتاً مدل های مربوط به ایزوترم جذب که الگوی اصلی در کاربرد این روش ها در مقیاس واقعی است مورد مطالعه قرار می گیرد.
بررسی متون:
در مطالعه انجام شده توسط Mukherjeeو همکاران در سال 2007 از کربن فعال،خاکستر نیشکر و زغال چوب برای حذف فنل استفاده شد که به ترتیب به میزان حذف 98% ،90% و 90% دست یافتند.
Saitoh و همکاران در سال 2009 از چیتوزان متصل شده به پلیمر ترموریسپانسیو برای حذف فنل از محلول های آبی بهره بردند و توانستند به میزان حذف 99% دست یابند.
همچنین در مطالعه انجام گرفته توسط Adak و همکاران در سال 2006 حذف فنل از محیط های آبی توسط سورفکتانت اصلاح شده با آلومینا از طریق انحلال سطحی مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه میزان حذف فنل 90% حاصل شد.
در مطالعه انجام شده توسط Gutiérrez و همکاران در سال 2012 از خاکستر مس برای کاتالیز کردن فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته برای حذف فنل استفاده نمودند که 97% کاهش حاصل شد.
Gonzalez و همکاران در سال 2008 مطالعه ای با عنوان مقایسه حذف دی کلروفنل و فنل از آب توسط پروکسیدازهای تهیه شده از تارهای ریشه گیاه گوجه فرنگی انجام دادند که به میزان 81% و 92% حذف دست یافتند.
در مطالعه ای دیگر توسط Zeng و همکاران در سال 2010 از جاذب های پلیمری قطبی با مساحت سطحی بالا برای حذف فنل از آب استفاده شد که راندمان حذفی برابر با 96% حاصل شد.
همچنین Suryaman و همکاران در سال 2009 مطالعه ای در رابطه با حذف فنل توسط فرآیند فتوکاتالیستی یکپارچه با دی اکسید تیتانیوم به انجام رساندند و آن را به میزان 99% کاهش دادند.
از مطالعات دیگری که در این زمینه به انجام رسیده است توسط Chakraborty و همکاران در سال 2011 می باشد که از جاذب های نانو و میکروفیبر کربنی برای حذف فنل و سرب از آب بهره بردند و توانستند این دو آلاینده را با میکروفیبر به ترتیب به میزان 81 % و 70% و با نانوفیبر 90% و 97% کاهش دهند.
سعیدی و همکاران نیز در سال 2008 از کربن فعال و کربن پوست بادام و گردو برای حذف فنل از آب آلوده استفاده نمودند و راندمان حذفی که از آن حاصل شد به ترتیب 8/99، 3/91 و 78% بود.
همچنین قانعیان و همکاران در سال 2009 توانستند فنل موجود در آب را توسط فرایند پلیمریزاسیون آنزیمی به میزان 98% حذف نمایند.
از مطالعات دیگر ،پژوهشی بود که توسط رحمانی و همکاران در سال 2009 برای حذف فنل انجام گرفت .در این پژوهش محلول های آبی آلوده به فنل توسط پومیس اصلاح شده با مس مورد تصفیه قرار گرفت و راندمانی برابر با 96% حاصل شد. Manas B., Removal of phenol from water environment by surfactant-modified
alumina through adsolubilization. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 277 (2006) 63–68.
22. Xiaowei Z., Tingjun Y., Peng W., Ronghua Y., Qing W., Yunge F., Chunhong W., Rongfu S., Preparation and characterization of polar polymeric adsorbents with high surface area for the removal of phenol from water. Journal of Hazardous Materials 177 (2010) 773–780.
23. Ghaneian M. T. , Ghanizadeh Gh., Application of Enzymatic Polymerization Process for the Removal of Phenol from Synthetic Wastewater, Iran. J. Health & Environ., 2009, Vol. 2, N0. 1:46-54.
24. Sher,A.A., Wiegand, K.and Ward,D,2001, Do Acacia and Tamarix Trees Compete For Water in the Negev desert?., Journal of Arid Environments, 74: 338 – 343.
25. Wiliam, E., Cooper, Jr.and Martin, J.whiting, 2000, Islands in a sea of sand: use of Acacia tree by tree skinks in the Kalahari Desert, Journal of Arid Environments, 44: 373 – 381.
26. Ehrampoush M. H., Ghanizadeh Gh., Ghaneian M. T.,Equilibrium and Kinetics study of Reactive Red 123 dye Removal from aqueous solution by Adsorption on Eggshell,2011,2:101-108.
|
| فهرست منابع و مراجع | 1- Bekkouche, S., Bouhelassa, M., Hadj Salah, N., and Meghlaoui, F.Z. (2004). “Study of adsorption of phenol on titanium oxide (TiO2).” J. of Desalination, 166, 355-362.
2- Christine, A., Murray ,C.A., and Parson, S.A. (2006). “Preliminary laboratory investigation of disinfection by-product precursor removal using an advanced oxidation process. ” J. Water and Environmental, 20 (3),123-129.
3- Singh, N., and Singh, J. (2002). “An enzymatic method for removal of phenol from industrial effluent.” Prep. Biochem. Biotechnol., 32 (2), 127-133.
4- Vimal, C.S., Mahadeva, M.S., Indra, D.M., and Basheswar, P.(2006). “Adsorptive removal of phenol by bagasse fly ash and activated carbon: Equilibrium , kinetics and thermodynamics.” J. Colloids and Surfaces, 272, 89-104.
5- Nadia, R., and Tezel, F.H. (2004). “Removal of phenol from aqueous solutions by adsorption.” J. Environ.Manage., 70, 157-164.
6- Smonath, M., Sunil, K., Amal, K.M., and Maohong, F.(2006). “Removal of phenols from waters environmental by activated carbon, baggasse ash and wood charcoal.” J. Chem. Eng., 2, 22-27.
7- Ahmadi, M.,Vahabzade, F., Moffarrah, E., and Aliabadi, M.(2004). “Application of advanced oxidation of dephenolization of olive oil mill wastewater processing by fentons reagent.” Proc. 9 th National Congress of Chem. Eng., Tehran University, Tehran, Iran, 23-25. (In Persian)
8- Gogate, P.R., and Pandit, A.B.(2004). “A review of imperative technologies for wastewater treatment I: Oxidation technologies at ambient conditions.” J. Advances in Environmental Research, 8(3-4), 501-551.
9. World Health Organization. International Standards for Drinking Water, Geneva, 1963, p.40.
10. Mukherjee S . , Kumar S . , Misra A . K.,Fan M . , “Removal of phenols from water environment by activated carbon, bagasse ash and wood charcoal”, Chem. Eng. J. doi:
10.1016/j.cej.2006.10.030.
11. Vimal C. Srivastava, Mahadeva M. Swamy, Indra D. Mall, Basheswar Prasad, Indra M. Mishra, “Adsorptive removal of phenol by bagasse fly ash and activated carbon: Equilibrium, kinetics and thermodynamics “, J. Colloids and Surfaces, 272 (2006) 89–104.
12. Bestamin Ozkaya, “Adsorption and desorption of phenol on activated carbon and a comparison of isotherm models”, J. Hazardous Materials, B129 (2006) 158–163.
13. Xiao M, Zhou J, Tan Y, Zhang A, Xia Y, Ji L. Treatment of highly concentrated phenol wastewater with an extractive membrane reactor using silicone rubber.Desalination 2006,195:281-293.
14. M. Ahmaruzzaman, D.K. Sharma, “Adsorption of phenols from wastewater”, J. Colloid and Interface Science, 287 (2005) 14–24.
15. Serap Shenel, Ali Kara, Guleren Alsancak, Adil Denizli, “Removal of phenol and chlorophenols from water with reusable dye-affinity hollow fibers”, J. Hazardous Materials, B138 (2006) 317–324.
16. Zelmanov, G., and Semita, R. (2008). “Iron(III) oxide-based nanoparticles as catalysts in advanced organic aqueous oxidation.” J. of Water Research, 49, 492-498.
17. Lin SH, Cheng MJ. Adsorption of phenol & m-chlorophenol on organobentonites and repeated thermal regeneration. Waste Management. 2002;22:595-603.
18. Anindita C., Dinesh D., Ashutosh S. , Nishith V., Adsorbents based on carbon microfibers and carbon nanofibers for the removal of phenol and lead from water. Journal of Colloid and Interface Science 359 (2011) 228–239.
19. Dhanus S., Kiyoshi H., Shigehiro K ., Toshiaki Y., Continuous flow photocatalytic treatment ntegrated with separation of titanium dioxide on the removal of phenol in tap water Journal of Hazardous Materials 171 (2009) 318–322.
20. Huanosta-Gutiérrez T., Dantas F., Ramírez-Zamora R.M., Esplugas S., Evaluation of copper slag to catalyze advanced oxidation processes for the removal of phenol in water. Journal of Hazardous Materials 213–214 (2012) 325–330.
21. Asok A., Anjali P., |